DE1083890B - Quecksilberschalter in Knopfform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitsschalter und insbesondere auf einen neuen Quecksilberschalter in Knopfform.

Knopfförmige Quecksilberschalter sind bereits seit längerer Zeit bekannt. Bei diesen wird eine die Kontaktgabe hervorrufende Änderung der Lage des Gehäuses durch Drehen desselben um seine Mittelachse bewirkt. Diese Schalter unterscheiden sich von Quecksilberschaltern anderer Art vorteilhaft dadurch, daß beim Umschalten ein Hin- und Herschwingen der Quecksilbermasse weitgehend vermieden wird, wodurch eine zuverlässigere und ruhigere Schließung der Kontakte gegeben ist.

Es sind verschiedene Aus führungs formen solcher Schalter vorgeschlagen worden.

Einer dieser bekannten Schalter weist ein gasdicht abgeschlossenes, aus zwei unlösbar miteinander verbundenen Metallteilen bestehendes, zur Betätigung um seine Mittelachse drehbares Gehäuse auf, und das Metallgehäuse bildet bei ihm den einen Pol, während der andere Pol mittels einer vakuumfesten Dichtung durch den einen vorzugsweise scheibenförmigen Metallteil des Gehäuses hindurchgeführt ist. Dieser zweite Pol ist stiftförmig und nahe dem Rand des Gehäuses angeordnet, und er taucht in der geschlossenen Stellung des Schalters in eine im unteren Teil des Gehäuses befindliche Quecksilbermenge hinein, während er in der geöffneten Stellung aus dieser Quecksilbermenge herausgeschwenkt ist. In der geschlossenen Stellung wird also von dem Drahtstift über das Quecksilber eine Verbindung zu dem Gehäuse hin hergestellt. Dieser Schalter hat den Nachteil, daß bei ihm die Kontaktgabe zwischen dem Metallstift und der Elektrode stattfindet, wodurch die Elektrode im Verlauf der Zeit durch Abbrand schwer beschädigt werden kann und so die Lebensdauer des Schalters erheblich herabgesetzt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform knopfförmiger Quecksilberschalter trennt ein isolierendes Glied die Quecksilbermenge in zwei Teilmengen. Zwischen diesen Teilmengen besteht in der offenen Stellung des Schalters keine elektrische Verbindung, während in der geschlossenen Stellung eine Verbindung durch eine Öffnung in dem isolierenden Glied hergestellt wird. Das becherförmige Gehäuse des Schalters besteht dabei aus zwei gegeneinander elektrisch isolierten, abgedichteten Gehäusehälften, die durch das scheibenförmig ausgebildete Isolierglied voneinander getrennt sind. Es werden so zwei Teilkammern gebildet, in denen sich die Quecksilbervorräte befinden, und die Verbindung zwischen diesen Vorräten wird dadurch hergestellt, daß bei Drehung des Gehäuses eine exzentrische Öffnung in der isolierenden Scheibe unter den oberen Spiegel der Quecksilbervorräte in

Quecksilberschalter in Knopfform

Anmelder:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. August 1956

Leonard William Cook, Lakewood, R. L,
und Edward Raymond Coutant, Stratford, Conn.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

den einzelnen Kammern gedreht wird, so daß sich diese durch die Öffnung hindurch vereinigen können. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Kontaktgabe zwischen Quecksilber und Quecksilber erfolgt, wobei sich die Quecksilbermassen während der Drehung im wesentlichen zueinander parallel bewegen, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß sie beim Schließen des Kreises wieder voneinander wegspringen und dadurch Explosionen verursachen, stark verringert und ein Abbrand der Elektroden vermieden wird. Dadurch ist eine Beschädigung und Verunreinigung der Elektroden ausgeschlossen, und man kommt mit nur kleinen Quecksilbermengen aus, so daß die Herstellung von Schaltern mit kleinen Abmessungen möglich ist, bei denen keine Störungen in Art von Kontaktprellungen auftreten. Diese bekannten Schalter weisen auch den bei Quecksilberschaltern erwünschten Vorteil auf, daß die Kontaktstrecke zwischen den Metallelektroden durch das Quecksilber hindurch sehr kurz ist. Dies ist von Bedeutung, da die Leitfähigkeit des Quecksilbers nur 1,8% derjenigen des Kupfers beträgt. Bei langen Kontaktstrecken tritt demgegenüber eine unerwünschte schädliche und sogar gefährliche Überhitzung des Schalters ein, die unzulässig hohe Drücke im Schalter nach sich zieht. Außerdem wird bei diesem Schalter die Hitze, die beispielsweise beim Unterbrechen eines Stromes von 1OA durch einen Lichtbogen mit einer Energie von 70Watt/sec zustande kommt und schätzungsweise 15 000° C beträgt

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und welche auf die angrenzenden Zonen der Queck- Durch die hohe Temperatur wird das Quecksilber versilberpole einwirkt, gleichmäßig verteilt. dampft und der Querschnitt des Ouecksilberfadens,

Neben diesen Vorteilen haben aber diese Schalter, der den Strom von einem Tropfen zum anderen führt,

bei denen das isolierende Glied die Form einer zur verringert. Hierdurch steigern sich die Temperaturen

Gehäuseachse senkrechten Scheibe aufweist, den 5 weiter, bis die Quecksilbervorräte zusammenfließen

großen Nachteil, daß wegen der notwendigen elek- oder zerplatzen.

trischen Isolierung der beiden Gehäuseteile einerseits Bei der Erfindung wird diese Explosionstendenz

und ihrer benötigten gasdichten Abdichtung anderer- stark verringert, weil die möglichst gleich große kine-

seits die Verwendung einer Mehrkomponentendichtung tische Energie der beiden Quecksilbervorräte in

erforderlich ist, welche auch die isolierende Scheide- io gleicher Richtung wirkt, während sie über die Kante

wand abdichten muß. Diese Scheidewand besteht der Scheidewand fließen, so daß sich eine große

hauptsächlich aus Ton und Magnesia, die in einen ge- Schließkraft bei geringer Bewegung bzw. Geschwin-

eigneten Binder eingebettet sind. Es ist immer schwie- digkeit jedes Quecksilbervorrates ergibt. Die beiden

rig, die keramische Scheidewand so herzustellen, daß Quecksilbervorräte etwa gleich groß vorzusehen, hat

ihr Wärmeausdehnunggskoeffizient nicht allzusehr von 15 außerdem den Vorteil, daß die hohe Oberflächen-

demjenigen der Metallkappen und der Glaseinschmel- spannung des Quecksilbers sich beim öffnen des

zung abweicht. Dies stellt einen kritischen Faktor dar, Stromkreises nicht dahin auswirken kann, daß der

der die Abmessungen der aufeinanderpassenden Teile größere Vorrat den kleineren allmählich aufzehrt. Das

beeinflußt, weil der ganze Schalter bis zu Rotglut er- verwendete reine Quecksilber hat eine so große Ober-

hitzt wird, so daß der Glasring schmilzt und um die 20 flächenspannung und Kohäsion, daß es nicht in die

Kappen und die Scheidewand sich zusammenzieht, um engen Spalte zwischen den Außenflächen des Trogs

einen hermetischen Abschluß zu bilden. Die bisherigen und der Metallbüchse fließt, wodurch die benötigte

Quecksilberschalter der oben angegebenen Art waren Quecksilbermenge relativ klein gehalten werden kann

also im Betrieb ausgezeichnet, wenn sie einmal die und eine fehlerhafte Kontaktgabe vermieden wird.

Anfanggsprüfung in der Fabrik überstanden hatten, 25 Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung

aber leider ergaben sie stets große Ausschußzahlen, zeigt die Zeichnung. Darin ist

welche die Kosten dieser Schalter über denjenigen Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines erfin-

normaler mechanischer Schalter gehalten haben. dungsgemäßen Quecksilberschalters,

Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, einen Fig. 2 der Schalter im zerlegten Zustand, abgesehen

Quecksilberschalter in Knopfform zu schaffen, der die 30 von dem Quecksilbervorrat,

Vorteile der letztgenannten Quecksilberschalter auf- Fig. 3 eine Seitenansicht des Schalters nach Fig. 1,

weist, bei dem jedoch die erwähnten Nachteile ver- Fig. 4 ein Längsschnitt nach Fig. 3,

mieden sind. Erfindungsgemäß wird dies dadurch er- Fig. 5 ein Querschnitt des geschlossenen Schalters

reicht, daß zur an sich bekannten Trennung zweier längs der Linie 5-5 in Fig. 3,

Quecksilbervorräte durch einen Isolierteil ein bogen- 35 Fig. 6 ein Querschnitt des geöffneten Schalters, im

förmiges, trogförmiges Glied aus Isoliermaterial im übrigen ähnlich Fig. 5,

unteren Teil des Gehäuses im wesentlichen unterhalb Fig. 7 eine Rückansicht des geschlossenen Endes

der Achse drehbar mit demselben angeordnet ist, wo- der Metallbüchse, welche den Hauptteil der Schalter-

bei ein Quecksilbervorrat sich innerhalb des Troges kammer bildet, wobei der Umriß des keramischen

in Kontakt mit dem zweiten Pol und ein weiterer 40 Troges gestrichelt eingezeichnet ist, und

Quecksilbervorrat von etwa dem gleichen Volumen Fig. 8 die Rückansicht einer anderen Ausführungs-

sich unter dem Boden des Troges in Kontakt mit dem form der Metallbüchse nach Fig. 7, wobei die Büchse

Metallgehäuse befindet, und daß in der Schließstellung dem Umriß des gestrichelt eingezeichneten kera-

des Schalters die beiden Ouecksilbervorräte sich über mischen Troges enger angepaßt ist.

eine Kante des Bodens des Troges vereinigen. 45 Wie insbesondere aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, be-

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird die steht der erfindungsgemäße Quecksilberschalter 10 in Dreikomponentendichtung zwischen dem. Glas, den Knopfform aus zwei Gehäuseteilen, nämlich einem Metallkappen und der keramischen Scheidewand ver- Hauptteil (Büchse 11) und einer Deckelplatte 15. Die mieden und ein hermetisch abgeschlossener Raum Büchse besteht aus einem dünnen, topfförmigen durch zwei Glieder gebildet, die z. B. durch Ver- 50 Metallblechkörper mit einem Boden 12. Der Außenschweißen unmittelbar miteinander verbunden sind. rand des offenen Endes 13 der Büchse besitzt einen Die Teile des erfindungsgemäßen Quecksilberschalters kreisförmigen Flansch 14, der mit der metallischen können vor dem Zusammenbau gründlich gereinigt Deckelplatte 15 verschweißt werden kann, um eine werden, und sie werden während der verschiedenen hermetisch geschlossene Kammer zu bilden, in welcher Montagestufen durch Oxydation nicht verunreinigt. 55 sich die Teile des Schalters befinden. In der Außen-Für den Trog können ohne Rücksicht auf den Ausdeh- fläche der Büchse 11 ist eine Einbuchtung 16 vornungskoeffizienten Stoffe verwendet werden, die am gesehen, so daß ein nicht dargestellter Kipphebel besten dafür geeignet sind, hohen Bogentemperaturen oder Handgriff mit einem Teil in die Einbuchtung und anderen Betriebsbedingungen zu widerstehen. Die eingreifen kann, um eine Antriebsverbindung zwischen Herstellung des erfindungsgemäßen Schalters gestaltet 60 dem Kipphebel und dem Schalter herzustellen. Die sich darüber hinaus denkbar einfach, und es werden Drehachse des Schalters ist die Mittelachse der zysowohl Rohstoffkosten für den Schalter eingespart lindrischen Metallbüchse, und der Schalter ist so entals auch Ausschußverluste stark vermindert. worfen, daß er zwischen der geöffneten und der ge-

Noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen schlossenen Stellung um einen Winkel von etwa 20°

Schalters liegt darin, daß das Spratzen im wesent- 65 gedreht werden soll.

liehen elimeniert ist. Dieses Spratzen ist eine Art In dem Schalter befindet sich ein Isolierstofftrog Explosion, die bei fast allen Quecksilberschaltern auf- 17 aus wärmefestem Material, wie Steatit, Cordiarit, tritt und durch Lichtbogen hoher Temperatur her- Aluminiumoxyd, Vycor od. dgl., mit parallelen Seitenvorgerufen wird, die zwischen den beiden Quecksilber- wänden 18 und 19, die durch eine senkrechte Stirntropfen überspringen, wenn diese zusammenkommen. 70 wand 20 und einen Boden 21 miteinander verbunden

Claims (2)

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   sind. Dieser Trog kann etwas größer als der halbe Fig. 8 zeigt eine Abänderung des Gehäuses der Durchmesser der Schalterkammer sein. Aus dem Fig. 7, bei welcher die Büchse nicht mehr als Kreis-Querschnitt der Fig. 5 geht hervor, daß der Trog 17 zylinder ausgebildet ist, obwohl sie einen kreisso in die Büchse 11 eingesetzt ist, daß nur schmale förmigen Flansch 37 aufweist, der dem Flansch 14 in Spalte zwischen den Außenflächen des Troges und den 5 Fig. 2 entspricht. Der Hauptteil 38 der Büchse ist benachbarten Innenflächen des Mantels frei bleiben. aber so geformt, daß er sich im allgemeinen der Die Oberseite des Bodens 21 ist nach oben konkav, Gestalt des isolierenden Troges 17 anpaßt, wobei während die Unterseite des Bodens 21 in derjenigen jedoch ein hochgezogener Teil 39 vorgesehen ist, um Hälfte 23, die der senkrechten Stirnwand 20 benach- den Kopf 34 des isolierten Pols 30 in den Trog einbart ist, nach unten konvex verläuft. Die Unterseite io setzen zu können.

   der anderen Hälfte 24 des Bodens 21 ist um einen Ein Verfahren zur Montage des Quecksilber-Winkel von etwa 35° gegen die Horizontale nach oben schalters 10 besteht darin, daß zunächst die Metallgeneigt, um eine Tasche 25 zwischen dieser geneigten büchse 11 auf ihr geschlossenes Ende 12 gelegt und Fläche 24 und der benachbarten Innenfläche der dann der keramische Trog 17 eingesetzt wird. Etwa Metallhülse 11 zu. bilden. In der geschlossenen Stel- 15 3,9 g reines Quecksilber werden dann in die Büchse lung des Schalters, die in Fig. 5 dargestellt ist, bildet eingegossen, und das Gehäuse wird durch die Deckeldas Quecksilber einen gemeinsamen Vorrat, der'so=- platte 15 geschlossen, in welcher die Durchführung30 wohl das Innere des Troges als auch die Fläche 25 bereits angebracht ist. Das Ganze wird dann zu einer ausfüllt. Dies ist möglich, weil der Trog gegenüber Schweißmaschine gebracht, wo ein zylindrischer der senkrechten Stirnwand 20 mit einem offenen Ende 20 Gummischuh den Schalter umgibt. Wenn der Schweiß-

   26 versehen ist, durch welches das im Trog befind kopf der Maschine gesenkt wird, drückt er den

   liehe Quecksilber bei entsprechender Drehung des Gummischuh zusammen, so daß sich eine gasdichte Gehäuses mit dem Quecksilber in der Tasche 25 sich Kammer um den Schalter bildet. Die Luft in dieser vereinen kann. Fig. 6 zeigt das Gehäuse nach Drehung Kammer wird dann mittels einer Vakuumpumpe entgegen dem Uhrzeigersinn um etwa 20°, so daß nun 25 evakuiert, wobei sich der Deckel 15 etwas anhebt, bis die freie Kante 27 des Bodens 21 des Troges das das Schaltergehäuse ebenfalls luftleer ist. Wenn die Quecksilber in einen äußeren Vorrat 29 scheidet und Luft abgepumpt ist, wird Wasserstoffgas in die als Trennwand wirkt, um einen Funkenüberschlag Kammer eingeleitet und füllt das Innere des Schalzwischen den Quecksilbervorräten zu verhindern. ters aus. Schließlich werden die Schweißköpfe zu-Ein Pol (Elektrode) des Schalters wird durch die 30 sammengeführt, und der Außenrand des Metall-Metallhülse 11 gebildet. Als der andere Pol dient das deckeis 15 wird mit dem kreisförmigen Flansch 14 der Ende 30 eines Stiftes 33, der in der Deckelplatte 15 Metallbüchse verschweißt.

   angebracht, jedoch von derselben durch ein wärme- Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß bei dem festes Material isoliert ist. Als solches kann eine Glas- erfindungsgemäßen Quecksilberschalter mit vereineinschmelzung 31 dienen, die unter Druck in eine 35 fachtem Aufbau alle Teile ohne schädliche Berührung kreisförmige öffnung 32 in der Mitte des Deckels ein- durch Menschenhand gründlich gereinigt und zugeschmolzen ist. Dieser isolierte Pol besteht aus sammengesetzt werden können, so daß das fertige einem dünnen Stift 33, der an seinem inneren Ende Gerät unmittelbar imstande ist, hohe elektrische einen runden scheibenförmigen Kopf 34 trägt (Fig. 4). Ströme zu schalten.

   Der Kopf 34 soll in den inneren Quecksilbervorrat 28 40 Aus der vorhergehenden Beschreibung des verim Trog 17 eintauchen. In der Seitenwand 19 des besserten Quecksilberschalters ist zu entnehmen, daß Troges ist ein senkrechter Schlitz 35 vorgesehen, die erfindungsgemäße Anordnung die Herstellung des durch welchen der Stift 33 hindurchragt. Bei ge- Schalters wesentlich vereinfacht, weil das Schalterschlossenem Schalter fließt der Strom vom Gehäuse 11 gehäuse durch Zusammenschweißen zweier Metalle durch den gemeinsamen Quecksilbervorrat zum Kopf 45 hergestellt wird, wobei der Isolierstoffkörper lose im 34 des Pols 30 und dann nach außen durch den Stift Gehäuse gehaltert ist. Hierdurch ergibt sich ein 33, der, wie gesagt, vom Deckel 15 isoliert ist. Der zuverlässiger Schalter mit wesentlich geringerem Kopf 34 ist in Fig. 4 nahe der Mitte des Troges Kostenaufwand. Das offene Ende 26 des Troges 17 ist zwischen den S ei ten wänden 18 und 19 dargestellt. Er auch deshalb vorteilhaft, weil die Gase, die sich beim könnte auch eng an der Wand 19 anliegen, so daß er 50 Überschlag eines Bogens bilden, wenn die beiden das Quecksilber am Ausfließen aus dem Schlitz 35 Quecksilbertropfen sich in einer kleinen, öffnung verhindert, wenn dies ein Problem darstellen sollte. einigen würden, nur geringen Raum zur Ausdehnung Die Seitenwände 18 und 19 des isolierenden Troges hätten. Hierdurch würde der Gasdruck gesteigert und 17 sowie die eine senkrechte Stirnwand 20 sind ver- die Möglichkeit wiederholter Explosionen bei mehrhältnismäßig hoch, um zu verhindern, daß das Queck- 55 fächern Bogenüberschlag erhöht, silber in dem Trog über die Wände hochsteigt und

   mit dem Mantel 11 in Berührung gerät, so daß der Patentansprüche: Stromkreis unbeabsichtigt geschlossen wird. 1. Quecksilberschalter in Knopfform mit einem Der Trog 17 braucht nicht an dem Mantel 11 be- gasdicht abgeschlossenen, aus zwei unlösbar mitfestigt zu werden. Bei einer Lösung werden einfach 60 einander verbundenen Metallteilen bestehenden, zwei Vorsprünge 36 an der Innenseite der Stirnwand zur Betätigung um seine Mittelachse drehbaren 12 der Büchse 11 vorgesehen, um die Oberseite der Gehäuse, wobei das Metallgehäuse den einen Pol Seitenwand 18 zu ergreifen, wodurch der Trog an bildet, während der andere Pol mittels einer einer Drehung innerhalb des Gehäuses verhindert vakuumfesten Dichtung durch den einen vorzugswird. Der Trog 17 kann durch eine automatische Vor- 65 weise scheibenförmigen Metallteil des Gehäuses richtung in das Gehäuse eingesetzt werden, wodurch hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein großer Teil der Montagearbeit von Hand weg- zur an sich bekannten Trennung zweier Queckfällt. Die Vorsprünge 36 erscheinen an der Außen- silbervorräte durch einen Isolierteil ein bogenseite der Büchse als Vertiefungen, wie aus Fig. 7 er- förmiges, trogförmiges Glied (17) aus Isoliersichtlich ist. 70 material im unteren Teil des Gehäuses im wesent-

   lichen unterhalb der Achse drehbar mit demselben angeordnet ist, wobei ein Ouecksilbervorrat sich innerhalb des Troges in Kontakt mit dem zweiten Pol und ein weiterer Quecksilbervorrat von etwa dem gleichen Volumen sich unter dem Boden des Troges in Kontakt mit dem Metallgehäuse befindet, und daß in der Schließstellung des Schalters die beiden Quecksilbervorräte sich über eine Kante (27) des Bodens des Troges vereinigen.
2. 2. Quecksilberschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der isoliert in das Gehäuse eingeführte Pol (30) in Richtung der Drehachse des Gehäuses angeordnet und auf der Innenseite des Gehäuses mit einem scheibenförmigen Kopf (34) versehen ist, der in den im Trog (17) befindliehen Quecksilbervorrat eintaucht.

   3. Quecksilberschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das trogförmige Glied (17) mit zwei parallelen Seitenwänden (18, 19), die sich eng an die beiden Seitenwände des im we-

   sentlichen zylindrischen Gehäuses anlehnen, sowie mit einem gebogenen Boden versehen ist, der an der Wandung des Gehäuses anliegt und von der offenen Kante (27) zur Trennung der Quecksilbervorräte in einen ebenen, einen Abstand von der Gehäusewand aufweisenden Teil (24) übergeht, so daß er mit der Gehäusewand (11) eine Tasche für den äußeren Quecksilbervorrat bildet.

   4. Qecksilberschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog (17) aus Isoliermaterial lose in das Gehäuse eingesetzt ist und durch einen oder mehrere Vorsprünge (36) an der Innenfläche des Gehäuses gehalten wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 706 895, 738 069,

   894;
   USA.-Patentschriften Nr. 2269690, 2342 354,

   2 575 318.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 547/294 6.60